EP0039070B1 - Thrust piston device with a membrane sealing - Google Patents
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- EP0039070B1 EP0039070B1 EP81103138A EP81103138A EP0039070B1 EP 0039070 B1 EP0039070 B1 EP 0039070B1 EP 81103138 A EP81103138 A EP 81103138A EP 81103138 A EP81103138 A EP 81103138A EP 0039070 B1 EP0039070 B1 EP 0039070B1
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- piston
- housing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J3/00—Diaphragms; Bellows; Bellows pistons
- F16J3/06—Bellows pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
- F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
Definitions
- the invention relates to a thrust piston device with a membrane seal bridging the gap between the piston and the surrounding housing, the piston and the housing forming oppositely inclined support surfaces for the membrane, on which the membrane rolls during movement of the piston relative to the housing and these support surfaces run inclined with respect to the direction of movement of the piston, so that the membrane is turned inside out by the piston movement from the shape of the support surface on the housing to the shape of the support surface of the piston.
- the housing and the piston have conical support surfaces with opposite cone angles.
- the membrane is also conical, its cone angle in the undeformed state corresponding to that of the housing.
- the piston height and consequently the overall height of this known device is relatively large.
- DE-B-1 175 568 describes a device for dispensing liquids which has a spherical membrane in the undeformed state.
- This membrane is supported on a substantially spherical housing wall adapted to its shape. Since the piston does not have a spherical support surface, the curvature of which corresponds to that of the membrane, this cannot, however, be turned inside out by the piston movement from the shape of the support surface on the housing to the shape of the support surface of the piston.
- the invention has for its object to develop the generic push piston device in such a way that a reduction in the height of the piston can be achieved with the same piston stroke and the same inclination of the housing support surface.
- this object is achieved in that the housing is provided with a hollow spherical support surface and the piston is provided with a spherically curved support surface with approximately the same radius, and in that the membrane has a spherical curvature with approximately that in the undeformed state, at least in the region of its rolling contact with the support surfaces Has radius of the support surfaces.
- the thrust piston device essentially has a thrust piston 2, a housing 4 enclosing this piston and a sealing membrane 6 which bridges the annular rolling gap 8 between the piston 2 and the housing 4 and is firmly connected on the one hand to the piston and on the other hand to the housing.
- the membrane 6 rolls on the support surfaces 10, 12 of the piston or the housing.
- the shape of the membrane changes, as is indicated by its different lines of curvature in FIG. 1, without the deformation in the membrane occurring essentially other than as a result of the bend within the roll nip 8.
- the housing with its spherically (hollow-spherical) curved support surface 12 and the piston with its spherically (spherically) curved support surface 10 with at least approximately the same radius are designed in such a way that the membrane in the roll gap is not exposed to any greater bending deformations than due to the properties of the membrane material , ie its strength properties and the thickness of the membrane.
- the one for a particular one The minimum bending radius that can be achieved without special stresses can easily be determined by folding the membrane material. If the dimensioning of the piston relative to the housing of the thrust piston device forces a smaller bending radius of the membrane in the rolling gap 8, the membrane is likely to break soon.
- the membrane is in the undeformed state, i.e. H. before installation in the thrust device, a spherical shape with the curvature corresponding to the support surface 12 of the housing 4, and by the action of the piston 2, this spherical shape turns inside out, so that the inverted part has the same spherical radius as before the inverted, i.e. . H. the spherical curvature of the outer membrane part is continued in the everted form in the inner part of the membrane.
- the point of curvature is from the curvature corresponding to the bending radius of the membrane to the curvature corresponding to the spherical shape of the support surface 10 of the piston.
- the housing 24 of this known thrust piston device has the same diameter as at the corresponding point 16 of the push piston device according to the invention according to FIG. 1.
- the cone angle of the support surface 22 corresponds to the average inclination of the support surface 12
- the spherical curvature corresponding to the exemplary embodiment according to FIG. 1 is indicated by the dashed line 26.
- the support surface 30 of the piston 32 corresponds to the reverse shape of a cone with the support surface 22 of the housing 24, so that the support surface 30 has the same inclination in the opposite direction as the support surface 22.
- the upper (32) and lower ( 32 ') l'olben position shown with the same distance or the same stroke width as in the embodiment according to the invention according to FIG. 1.
- FIGS. 1 and 2 show that a pushing piston device according to the invention has a significantly smaller overall volume.
- the required minimum height of a push piston device according to the prior art is greater than a push piston device according to the invention, since the known design principle requires a steeper support surface 30 of the piston 32 in order to carry out the same lifting movement.
- the change in diameter of the roller gap 8 is less than the change in diameter in the roller gap 28, since the inclination of the support surface 12 is increasingly reduced due to its spherical shape from the upper stroke position to the lower stroke position.
- FIG. 4 shows the still considerably smaller possible stroke length due to the even flatter inclination of the support surface 36 'of the housing 40'.
- the embodiment according to FIG. 5 shows the dependence of the permissible stroke width of the piston 52 on the bending radius of the membrane 54 by a comparison with the embodiment according to FIG. 3, in which the upper boundary edge 46 of the support surface of the housing has the same position as the upper boundary edge 56 of the support surface 58 of the housing 60 according to the embodiment of FIG. 5. Due to the larger bending radius of the membrane 54, which results, for example, due to the use of a thicker and thus less flexible membrane, a much longer stroke length of the piston 52 is possible until the Edge 62 is just before contact with membrane 54.
- the dash Line 64 shows the course of the first contact point 66 of the membrane with the support surface 68 of the piston 52 during the downward movement of the piston, and it can be seen that the broken line 64 has approximately the same curvature as the support surface of the housing.
- Fig. 6 shows the membrane 54 of the embodiment of FIG. 5 in the undeformed state, i. H. before installation in a push piston device according to the invention.
- the production takes place e.g. B. by clamping a flat film on its circumference and deep drawing by means of a stamp which has the shape corresponding to the membrane substantially.
- the deformation of a flat membrane in spherical form is associated with a significantly lower deformation stress on the material which, for. B. consists of a plastic or rubber impregnated fabric.
- the housing 70 according to FIG. 7 is in two parts and has a bottom part 72 with a bent edge 74 and a peripheral part 76, both of which are deep-drawn from sheet metal.
- a flange 80 which is bent parallel to the edge 74, adjoins via a curvature and which, after the outer peripheral region 82 of the membrane 84 has been clamped in, in the axial direction, i. H. is connected in the direction of the piston movement between the two housing parts 72 and 76 by spot welds 86 to the bent-up edge 74 of the housing base part 72.
- a cylindrical region 88 of the housing adjoins the support surface part 78, the upper end of which is bent radially inwards to form a stop 90 for the piston 92.
- the piston 92 has a flat bottom part 96, parallel to the bottom wall 94 of the bottom part 72, which merges outwards into an arcuate upwardly curved piston peripheral part 98, so that it has a plate or cup-shaped shape and is also particularly easy to produce by deep drawing.
- the large-area bottom part 96 of the piston offers numerous possibilities for fastening a piston rod device to the piston, which are not shown in order to simplify the illustration.
- the flange 80 of the housing circumference part 76 is provided at several points with cam-like indentations 100 of limited axial length, which can be undercut by parts of a mounting device, not shown, in the manner of a bayonet lock.
- a ring-shaped circumferential shoulder 102 in the housing base part 72 allows the pushing piston device to be inserted in a center in a circular opening in a holder (not shown) of a device to which the device is used.
- FIG. 8 shows a radial partial section of an embodiment of the thrust piston device with a piston guide that allows a pivoting movement.
- the housing base part 72, the housing circumference part 76 and the piston 92 are essentially designed in accordance with the exemplary embodiment according to FIG.
- a depression 104 is pressed, in which the receiving opening 106 for a connecting piece 108 is located, which is held close to the opening 106 by means of a screw nut 110 when sealing material, not shown, is used.
- the connecting piece 108 extends to a guide shaft 112 for centering the sliding movement of the piston 92 within the housing 70.
- the shaft 112 is also included for the inflow and outflow of the pressure medium into the space 114 sealed by the membrane 84 provided with an axial bore 116, which is followed by radial bores 118 opening into the space 114.
- the piston 92 has an upwardly directed, recessed hollow cylindrical projection 120 for receiving the guide shaft 112 and a pivot bearing 122 which can be displaced on the guide shaft.
- the pivot bearing 122 allows the piston 92 to tilt without the piston centering around the guide shaft 112 Position shifts.
- the piston 92 can also be guided by a device provided outside the device according to the invention takes place, which is located on the device to which the device according to the invention is used.
- a flange ring 124 is pressed into the opening of the extension 120 and holds the membrane between its flange and the piston crown 96.
- the outer end of the hollow cylindrical piston boss 120 is used to fasten a piston rod 126 for transmitting the movement of the piston to a device (not shown) or for initiating a movement on the piston.
- the tiltability of the piston results in new application possibilities for the push piston device according to the invention.
- the spherical plain bearing 122 can perform the function of a connecting rod bearing when used on a crank mechanism.
- the tiltability of the piston is also advantageous for initiating tilting movements on an adjusting device.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schubkolbeneinrichtung mit einer den Spalt zwischen dem Kolben und dem umgebenden Gehäuse überbrükkenden Membrandichtung, wobei der Kolben und das Gehäuse gegensinnig geneigte Stützflächen für die Membran bilden, auf denen die Membran während der Bewegung des Kolbens relativ zu dem Gehäuse abrollt und diese Stützflächen gegenüber der Bewegungsrichtung des Kolbens geneigt verlaufen, so daß die Membran durch die Kolbenbewegung von der Form der Stützfläche am Gehäuse in die Form der Stützfläche des Kolbens umgestülpt wird.The invention relates to a thrust piston device with a membrane seal bridging the gap between the piston and the surrounding housing, the piston and the housing forming oppositely inclined support surfaces for the membrane, on which the membrane rolls during movement of the piston relative to the housing and these support surfaces run inclined with respect to the direction of movement of the piston, so that the membrane is turned inside out by the piston movement from the shape of the support surface on the housing to the shape of the support surface of the piston.
Bei einer in der FR-A-704479 beschriebenen Schubkolbeneinrichtung dieser Art haben das Gehäuse und der Kolben kegelförmige Stützflächen mit entgegengesetzt gleichem Kegelwinkel. Die Membran ist gleichfalls kegelförmig, wobei ihr Kegelwinkel im undeformierten Zustand demjenigen des Gehäuses entspricht. Im Vergleich zum Kolbenhub ist die Kolbenhöhe und folglich auch die gesamte Bauhöhe dieser bekannten Einrichtung verhältnismäßig groß.In a thrust piston device of this type described in FR-A-704479, the housing and the piston have conical support surfaces with opposite cone angles. The membrane is also conical, its cone angle in the undeformed state corresponding to that of the housing. Compared to the piston stroke, the piston height and consequently the overall height of this known device is relatively large.
In der DE-B-1 175 568 ist eine Vorrichtung zum Abgeben von Flüssigkeiten beschrieben, die eine im undeformierten Zustand kugelförmige Membran aufweist. Diese Membran stützt sich an einer im wesentlichen an ihre Form angepaßten hohlkugelförmigen Gehäusewand ab. Da der Kolben keine kugelförmige Stützfläche aufweist, deren Krümmung derjenigen der Membran entspricht, kann diese jedoch nicht durch die Kolbenbewegung von der Form der Stützfläche am Gehäuse in die Form der Stützfläche des Kolbens umgestülpt werden.DE-B-1 175 568 describes a device for dispensing liquids which has a spherical membrane in the undeformed state. This membrane is supported on a substantially spherical housing wall adapted to its shape. Since the piston does not have a spherical support surface, the curvature of which corresponds to that of the membrane, this cannot, however, be turned inside out by the piston movement from the shape of the support surface on the housing to the shape of the support surface of the piston.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Schubkolbeneinrichtung dahingehend weiterzubilden, daß sich bei gleichem Kolbenhub und gleicher Neigung der Gehäusestützfläche eine Verringerung der Höhe des Kolbens erzielen läßt.The invention has for its object to develop the generic push piston device in such a way that a reduction in the height of the piston can be achieved with the same piston stroke and the same inclination of the housing support surface.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse mit einer hohlkugelförmig gekrümmten Stützfläche und der Kolben mit einer kugelförmig gekrümmten Stützfläche mit annähernd gleichem Radius versehen sind und daß die Membran zumindest im Bereich ihres Rollkontaktes mit den Stützflächen in undeformierten Zustand eine kugelförmige Krümmung mit annähernd dem Radius der Stützflächen aufweist.According to the invention, this object is achieved in that the housing is provided with a hollow spherical support surface and the piston is provided with a spherically curved support surface with approximately the same radius, and in that the membrane has a spherical curvature with approximately that in the undeformed state, at least in the region of its rolling contact with the support surfaces Has radius of the support surfaces.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die mittlere Neigung der Stützfläche des Kolbens wesentlich kleiner ist als diejenige des Gehäuses, so daß sich ein bestimmter Kolbenhub mit einem Kolben erzielen läßt, der eine im Vergleich zum Stand der Technik kleinere Höhe hat, weil die von der flachen Kolbenstützfläche abrollende Membran auf die steile Stützfläche des Gehäuses aufläuft und umgekehrt. Anders ausgedrückt, bei gleicher Länge der Mantellinien der Stützflächen von Gehäuse und Kolben ist die radiale Projektion der Stützfläche des Kolbens kleiner als diejenige des Gehäuses. Die erfindungsgemäße Schubkolbeneinrichtung ermöglicht daher eine kleinere Bauhöhe.These measures ensure that the average inclination of the support surface of the piston is significantly smaller than that of the housing, so that a certain piston stroke can be achieved with a piston which has a smaller height compared to the prior art because of the flat piston support surface rolling membrane runs onto the steep support surface of the housing and vice versa. In other words, with the same length of the surface lines of the support surfaces of the housing and piston, the radial projection of the support surface of the piston is smaller than that of the housing. The push piston device according to the invention therefore enables a smaller overall height.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Appropriate developments of the invention result from the subclaims.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt
- Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Bereich einer Schubkolbeneinrichtung gemäß der Erfindung,
- Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 einer Schubkolbeneinrichtung nach dem Stand der Technik,
- Flg. 3 einen schematischen Längsschnitt entsprechend Fig. 1 bei gleichem Radius der sphärischen Form, jedoch anderem Radius der Biegekrümmung der Membran im Rollspalt,
- Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3 mit einer gegenüber den Beispielen nach Fig. 1 und 3 unterschiedlichen Neigung der Tangenten an die sphärische Stützfläche des Gehäuses gegenüber der Mittelachse,
- Fig. 5 eine Schnittdarstellung entsprechend Fig. 1 bei gleichem Radius der sphärischen Form, jedoch größerem Radius der Biegeverformung der Membran im Rollspalt,
- Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch eine für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 geeignete Membran,
- Fig. 7 eine sektorförmig geschnittene perspektivische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels der Schubkolbeneinrichtung, und
- Fig. einen radialen Teilschnitt durch eine Schubkolbeneinrichtung mit schwenkbar geführter Kolbenstange.
- 1 shows a schematic longitudinal section through a region of a thrust piston device according to the invention,
- 2 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a thrust piston device according to the prior art,
- Flg. 3 shows a schematic longitudinal section corresponding to FIG. 1 with the same radius of the spherical shape but with a different radius of the bending curvature of the membrane in the roll nip,
- 4 shows a representation corresponding to FIG. 3 with a different inclination of the tangents to the spherical support surface of the housing relative to the central axis compared to the examples according to FIGS. 1 and 3, FIG.
- 5 is a sectional view corresponding to FIG. 1 with the same radius of the spherical shape, but a larger radius of the bending deformation of the membrane in the roll gap,
- 6 shows a partial cross section through a membrane suitable for the exemplary embodiment according to FIG. 5,
- FIG. 7 shows a perspective partial illustration of an exemplary embodiment of the pushing piston device, and
- Fig. A radial partial section through a push piston device with a pivotably guided piston rod.
Die Schubkolbeneinrichtung hat im wesentlichen einen Schubkolben 2, ein diesen Kolben umschließendes Gehäuse 4 und eine Dichtmembran 6, die den ringförmigen Rollspalt 8 zwischen dem Kolben 2 und dem Gehäuse 4 überbrückt und einerseits mit dem Kolben und andererseits mit dem Gehäuse fest verbunden ist. Während der Schubbewegung des Kolbens z. B. zwischen den beiden in Fig. 1 dargestellten Positionen 2 und 2' des Kolbens rollt die Membran 6 an den Stützflächen 10, 12 des Kolbens bzw. des Gehäuses ab. Dabei ändert sich die Form der Membran, wie durch ihre verschiedenen Krümmungslinien in Fig. 1 angedeutet ist, ohne daß dabei in der Membran im wesentlichen andere Deformationen als durch die Biegung innerhalb des Rollspaltes 8 auftreten.The thrust piston device essentially has a
Das Gehäuse mit seiner sphärisch (hohlkugelförmig) gekrümmten Stützfläche 12 und der Kolben mit seiner mit mindestens angenähert gleichem Radius sphärisch (kugelförmig) gekrümmten Stützfläche 10 sind so ausgeführt, daß die Membran im Rollspalt keinen größeren Biegedeformationen ausgesetzt ist, als sich aufgrund der Eigenschaften des Membranmaterials, d. h. seiner Festigkeitseigenschaften und der Dicke der Membran, ergibt. Der für ein bestimmtes Membranmaterial ohne besondere Beanspruchungen erzielbare minimale Biegeradius läßt sich leicht durch einen Faltversuch des Membranmaterials feststellen. Falls durch die Dimensionierung des Kolbens relativ zum Gehäuse der Schubkolbeneinrichtung ein kleinerer Biegeradius der Membran im Rollspalt 8 erzwungen wird, so ist mit einem baldigen Bruch der Membran zu rechnen.The housing with its spherically (hollow-spherical)
Die Membran hat im undeformierten Zustand, d. h. vor dem Einbau in die Schubkotbeneinrichtung, eine Kugelform mit der Krümmung entsprechend der Stützfläche 12 des Gehäuses 4, und durch die Einwirkung des Kolbens 2 stülpt sich diese Kugelform nach innen um, so daß der umgestülpte Teil den gleichen Kugelradius hat wie vor der Umstülpung, d. h. die Kugelkrümmung des äußeren Membranteiles findet ihre Fortsetzung in der Umstülpform im inneren Teil der Membran. Dies ergibt sich durch die Gestaltung der Stützfläche 10 des Kolbens 2 entsprechend der Umstülpform in der entsprechend der Darstellung in Fig. 1 untersten Kolbenposition 2'. An der Stelle 14, an der die Membran 6 ihre erste Berührungsstelle an der Stützfläche 10 des Kolbens 2 findet, befindet sich der Krümmungswendepunkt von der Krümmung entsprechend dem Biegeradius der Membran zu der Krümmung entsprechend der Kugelform der Stützfläche 10 des Kolbens.The membrane is in the undeformed state, i.e. H. before installation in the thrust device, a spherical shape with the curvature corresponding to the
Ein Vergleich mit dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend dem Stand der Technik macht Vorteile der erfindungsgemäßen Schubkolbeneinrichtung besonders deutlich. An der obersten möglichen Anlagestelle der Membran 21 an der kegelstumpfförmigen Stützfläche 22 hat das Gehäuse 24. dieser bekannten Schubkolbeneinrichtung den gleichen Durchmesser wie an der entsprechenden Stelle 16 der erfindungsgemäßen Schubkolbeneinrichtung nach Fig. 1. Außerdem entspricht der Kegelwinkel der Stützfläche 22 der mittleren Neigung der Stützfläche 12. In Fig. ist die Kugelkrümmung entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch die Strichlinie 26 angedeutet. Die Stützfläche 30 des Kolbens 32 entspricht der Umkehrform eines Kegels mit der Stützfläche 22 des Gehäuses 24, so daß die Stützfläche 30 in entgegengesetzter Richtung die gleiche Neigung hat wie die Stützfläche 22. Schließlich sind in Fig. 2 die obere (32) und untere (32') l'olbenposition mit gleichem Abstand bzw. gleicher Hubweite dargestellt wie im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.A comparison with the exemplary embodiment shown in FIG. 2 according to the prior art makes the advantages of the push piston device according to the invention particularly clear. At the uppermost possible contact point of the membrane 21 on the
Der Vergleich zwischen den Darstellungen der Fig. 1 und 2 für diese vergleichbar gestalteten Ausführungsbeispiele entsprechend der vorliegenden Erfindung und entsprechend dem Stand der Technik zeigt, daß eine erfindungsgemäße Schubkolbeneinrichtung ein wesentlich geringeres Bauvolumen hat. Die erforderliche Mindesthöhe einer Schubkolbeneinrichtung entsprechend dem Stand der Technik ist größer als bei einer Schubkotbeneinrichtung entsprechend der Erfindung, da das bekannte Konstruktionsprinzip eine steilere Stützfläche 30 des Kolbens 32 benötigt, um die gleiche Hubbewegung auszuführen. Weiterhin ergibt sich, daß aufgrund der vorliegenden Erfindung die Durchmesseränderung des Rollspaltes 8 geringer ist als die Durchmesseränderung im Rollspalt 28, da sich die Neigung der Stützfläche 12 aufgrund ihrer Kugelform von der oberen Hubposition zur unteren Hubposition zunehmend verringert. Da im Gegensatz zu der mittleren Neigung der Stützfläche 12 des Gehäuses die Neigung der Stützfläche 10 des Kolbens beim Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wesentlich geringer ist, ergibt sich schließlich auch beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein größerer Winkel zwischen den Tangenten an beiden Stützflächen 10, 12 als zwischen den konischen Stützflächen 22, 30. Letzteres hat den Vorteil der Biegung der Membran um einen kleineren Winkel. Es zeigt sich somit, daß bei gleichem Hubvolumen eine Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur eine wesentlich geringere Baugröße aufweist, sondern sich auch eine wesentlich geringere Beanspruchung der Membran durch den Druck des abzusperrenden Mediums ergibt, so daß eine erfindungsgemäße Einrichtung eine wesentlich größere Lebensdauer aufweist, wie sich auch durch Dauerversuche an mehreren erfindungsgemäßen Einrichtungen bestätigt hat.The comparison between the representations of FIGS. 1 and 2 for these comparably designed exemplary embodiments in accordance with the present invention and in accordance with the prior art shows that a pushing piston device according to the invention has a significantly smaller overall volume. The required minimum height of a push piston device according to the prior art is greater than a push piston device according to the invention, since the known design principle requires a
Die schematischen Darstellungen nach Fig. 3 und 4 von Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung mit gleichen Radius der Krümmung der Stützflächen 36, 38 bzw. 36', 38' am Gehäuse 40 und Kolben 42 und bei gleichem Biegeradius der Membran 44 im Rollspalt zeigt die Abhängigkeit der möglichen Hubweite des Kolbens 42 von der mittleren Neigung der Stützfläche 36 gegenüber der Kolbenachse. Die beiden extremen Hubpositionen des Kolbens sind von der Position der oberen Grenzkante 46 der Stützfläche 36 des Gehäuses und der oberen Grenzkante 48 der Stützfläche 38 des Kolbens 42 abhängig. Die Grenzkante 48 der Stützfläche 38 bewegt sich entlang der Strichlinie 50 nach unten, und bei Kontakt mit der Membran 44 ist die unterste Hubposition erreicht.3 and 4 of exemplary embodiments according to the present invention with the same radius of curvature of the
Die Darstellung der Fig. 4 zeigt die noch wesentlich kleinere mögliche Hubweite aufgrund der noch flacheren Neigung der Stützfläche 36' des Gehäuses40'.The illustration in FIG. 4 shows the still considerably smaller possible stroke length due to the even flatter inclination of the support surface 36 'of the housing 40'.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der zulässigen Hubweite des Kolbens 52 von dem Biegeradius der Membran 54 durch einen Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem die obere Grenzkante 46 der Stützfläche des Gehäuses die gleiche Position hat wie die obere Grenzkante 56 der Stützfläche 58 des Gehäuses 60 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5. Durch den größeren Biegeradius der Membran 54, der sich beispielsweise aufgrund der Verwendung einer dikkeren und damit weniger biegsamen Membran ergibt, ist eine wesentlich größere Hublänge des Kolbens 52 möglich, bis die Kante 62 kurz vor der Berührung mit der Membran 54 steht. Die Strichlinie 64 zeigt den Verlauf der ersten Kontaktstelle 66 der Membran mit der Stützfläche 68 des Kolbens 52 bei der Abwärtsbewegung des Kolbens, und es zeigt sich, daß die Strichlinie 64 angenähert die gleiche Krümmung aufweist wie die Stützfläche des Gehäuses.The embodiment according to FIG. 5 shows the dependence of the permissible stroke width of the
Die Fig. 6 zeigt die Membran 54 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 im undeformierten Zustand, d. h. vor ihrem Einbau in eine erfindungsgemäße Schubkolbeneinrichtung. Die Herstellung erfolgt z. B. durch Einspannen eine ebenen Folie an ihrem Umfang und Tiefziehen mittels eines Stempels, der im wesentlichen die Form entsprechend der Membran aufweist. Die Verformung einer ebenen Membran in Kugelform ist mit einer wesentlich geringeren Verformungsbeanspruchung des Materials verbunden, das z. B. aus einem kunststoff- oder gummiimprägnierten Gewebe besteht.Fig. 6 shows the
Durch die Vorformung der Membran entsprechend der nach oben verlängerten Form der Stützfläche 58 des Gehäuses 60 ergibt sich in der Membran nach dem Einbau in die Schubkolbeneinrichtung nur die Biegedeformation im Bereich des Rollspaltes, d.h. im Übergangsbereich von der konkaven Form der Stützfläche am Gehäuse in die konvexe Form der Stützfläche am Kolben. In der erfindungsgemäßen Schubkolbeneinrichtung treten somit in der Membran nur form- und materialgerechte Deformationen auf, so daß sie eine hohe Lebensdauer hat. Wie bereits erwähnt, ergeben sich außerdem aufgrund der geometrischen Form der Stützflächen am Gehäuse und am Kolben geringere Kräfte an der Membran aufgrund des Druckes des abzusperrenden Mediums.Due to the preforming of the membrane in accordance with the upwardly elongated shape of the
Die bei gleichem Hubvolumen bzw. gleicher Hubweite wesentlich flachere Form einer erfindungsgemäßen Schubkolbeneinrichtung sowie die sphärische Krümmung der Stützflächen am Gehäuse und Kolben ermöglicht weiterhin eine einfachere und damit kostengünstigere Herstellung des Gehäuses und des Kolbens durch Tiefziehen, wie am besten durch die Darstellung in Fig. 7 deutlich wird. Das Gehäuse 70 nach Fig. 7 ist zweiteilig und hat einen Bodenteil 72 mit einem aufgebogenen Rand 74 sowie einen Umfangsteil 76, die beide aus Blech tiefgezogen sind. An den sphärisch gekrümmten Stützflächenteil 78 des Gehäuseumfangsteiles schließt sich über eine Krümmung ein parallel zu dem Rand 74 aufgebogener Flansch 80 auf, der nach Einklemmen des äußeren Umfangsbereiches 82 der Membran 84 in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Kolbenbewegung, zwischen beiden Gehäuseteilen 72 und 76 durch Punktschweißungen 86 mit dem aufgebogenen Rand 74 des Gehäusebodenteiles 72 verbunden ist. An den Stützflächenteil 78 schließt sich nach oben ein zylindrischer Bereich 88 des Gehäuses an, dessen oberes Ende radial nach innen zur Bildung eines Anschlages 90 für den Kolben 92 umgebogen ist.The substantially flatter shape of a thrust piston device according to the invention with the same stroke volume or the same stroke width, as well as the spherical curvature of the support surfaces on the housing and piston, furthermore enable a simpler and therefore more cost-effective production of the housing and the piston by deep drawing, as best shown in FIG. 7 becomes clear. The
Der Kolben 92 hat einen ebenen, zur Bodenwand 94 des Bodenteils 72 parallelen Bodenteil 96, der nach außen in einen bogenförmig nach oben gebogenen Kolbenumfangsteil 98 übergeht, so daß er eine teller- bzw. napfförmige Gestalt hat und ebenfalls besonders leicht durch Tiefziehen herstellbar ist. Der großflächige Bodenteil 96 des Kolbens bietet zahlreiche Möglichkeiten der Befestigung einer Kolbenstangeneinrichtung am Kolben, die zur Vereinfachung der Darstellung nicht abgebildet sind.The
Für die Befestigung der Schubkolbeneinrichtung an einem Halterungsteil in Abhängigkeit von der Anwendung der Schubkolbeneinrichtung ist der Flansch 80 des Gehäuseumfangteiles 76 an mehreren Stellen mit nockenartigen Einbuchtungen 100 begrenzter axialer Länge versehen, die durch nicht dargestellte Teile einer Halterungseinrichtung nach Art eines Bajonettverschlusses untergriffen werden können.For fastening the thrust piston device to a mounting part depending on the application of the thrust piston device, the
Die Aufbiegung des Gehäuserandes in axialer Richtung trägt ebenfalls dazu bei, die Abmessungen der Schubkolbeneinrichtung gering zu halten, und der sich ergebende Flanschbereich gestattet eine gute Befestigung bei der Anwendung der Schubkolbeneinrichtung. Weiterhin gestattet ein ringförmig umlaufender Absatz 102 im Gehäusebodenteil 72 das zentrierende Einsetzen der Schubkolbeneinrichtung in einer kreisrunden Öffnung einer nicht dargestellten Halterung eines Gerätes, an dem die Einrichtung angewandt wird.The bending of the housing edge in the axial direction also helps to keep the dimensions of the thrust piston device small, and the resulting flange area permits good fastening when using the thrust piston device. Furthermore, a ring-shaped
Die Fig. 8 zeigt im radialen Teilschnitt ein Ausführungsbeispiel der Schubkolbeneinrichtung mit einer eine Schwenkbewegung zulassenden Kolbenführung. Wie bereits erwähnt, entspricht es einem wesentlichen Vorteil der erfindungsgemäßen Schubkolbeneinrichtung, daß der Kolben Kippbewegungen ausführen kann, ohne daß die Membran unzulässigen Beanspruchungen ausgesetzt wird. Der Gehäusebodenteil 72, der Gehäuseumfangsteil 76 und der Kolben 92 sind im wesentlichen entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. gestaltet. In der Mitte der Bodenwand 94 ist eine Vertiefung 104 eingepreßt, in der sich die Aufnahmeöffnung 106 für einen Anschlußstutzen 108 befindet, der mittels einer Schraubenmutter 110 bei Verwendung von nicht dargestelltem Dichtungsmaterial dicht an der Öffnung 106 gehalten ist. Zum inneren Teil der Einrichtung hin verlängert sich der Anschlußstutzen 108 zu einem Führungsschaft 112 für die Zentrierung der Schiebebewegung des Kolbens 92 innerhalb des Gehäuses 70. Für die Ein- und Ausströmung des Druckmediums in den durch die Membran 84 abgedichteten Raum 114 ist der Schaft 112 mit einer axialen Bohrung 116 versehen, an die sich in den Raum 114 mündende Radialbohrungen 118 anschließen.8 shows a radial partial section of an embodiment of the thrust piston device with a piston guide that allows a pivoting movement. As already mentioned, it corresponds to a significant advantage of the push piston device according to the invention that the piston can perform tilting movements without the membrane being exposed to undue stress. The
Der Kolben 92 hat einen nach oben gerichteten, abgesetzten hohlzylindrischen Ansatz 120 für die Aufnahme des Führungsschaftes 112 und eines auf dem Führungsschaft verschiebbaren Gelenklagers 122. Das Gelenklager 122 erlaubt eine Kippbewegung des Kolbens 92, ohne daß sich der Kolben aus seiner um den Führungsschaft 112 zentrierten Position verschiebt. Die Führung des Kolbens 92 kann jedoch auch durch eine außerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehene Vorrichtung erfolgen, die sich an dem Gerät befindet, an dem die erfindungsgemäße Einrichtung angewandt wird.The
Für die Halterung der Membran 84 an dem Kolben ist in die Öffnung des Ansatzes 120 ein Flanschring 124 eingepreßt, der die Membran zwischen seinem Flansch und dem Kolbenboden 96 festhält. Das äußere Ende des hohlzylindrischen Kolbenansatzes 120 dient der Befestigung einer Kolbenstange 126 für die Übertragung der Bewegung des Kolbens auf ein nicht dargestelltes Gerät oder für die Einleitung einer Bewegung auf den Kolben.To hold the
Es versteht sich, daß durch die Kippbarkeit des Kolbens sich für die erfindungsgemäße Schubkolbeneinrichtung neuartige Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Beispielsweise kann das Gelenklager 122 bei der Anwendung an einer Kurbelmechanik die Aufgabe eines Pleuellagers erfüllen. Die Kippbarkeit des Kolbens ist auch vorteilhaft für die Einleitung von Kippbewegungen an einer Verstelleinrichtung.It is understood that the tiltability of the piston results in new application possibilities for the push piston device according to the invention. For example, the spherical plain bearing 122 can perform the function of a connecting rod bearing when used on a crank mechanism. The tiltability of the piston is also advantageous for initiating tilting movements on an adjusting device.
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